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Einrichtung zur Einstellung der dem Schweißgut zugeführten Wärmemenge
bei elektrischer Nahtschweißung Das Patent 90q.677 betrifft unter anderem Anlagen
zur elektrischen Nahtschweißung, bei der der Speisestrom für den Schweißtransformator
über gegensinnig geschaltete Quecksilberdampfgleichrichter der Dreielektrodenbauart
geführt wird. Die in das Kathodenquecksilber getauchten Zündelektroden werden zur
Regelung des Stromflusses in vorbestimmten Zeitabständen miteinander verbunden,
und zwar ist die Zündung derart eingerichtet, daß die Entladungsstrecken nacheinander
leitend werd.. Die erforderlichen Zeiten für die Ein, und Ausschaltung des Stromes
hängen von der Zusammensetzung und dem physikalischen Aufbau des zu schweißenden
Materials ab. und ändern. sich dementsprechend in einem weiten Bereiche. Für eine
entsprechende Steuerung der Schweißzeiten ist es bekanntgeworden, Synchronschalter
zu verwenden., die durch eine einstellbare Nockenscheibe gesteuert werden. Diese
Anordnung ist aber sehr kostspielig, wenn damit
ein weiter Einstellungsbereich
für Ströme großer Stärke umfaßt werden. soll. Auch besteht weiterhin die Schwierigkeit,
wenn der Schweißstromfluß zur Regelung der dem Werkstück mitgeteilten -Wärme genau
zu bestimmten. Zeitpunkten in- der Halbwelle des Wechselstromes einsetzen soll.
Die bisher hierfür vorgeschlagenen Mittel ermöglichen, bei Schweißanlagen der oben
gekennzeichneten Art nur eine annähernd passende Wärmeregelung, sie genügen aber
nicht, wo eine sehr große Genauigkeit für den Einsatz des Stromflusses verlangt
wird. Für verwickelte Röhrensteuerungen. in Schweißanlagen ist zur Regelung der
Einsatzzeiten der Stromstöße in Spannungshalbwellen die Verwendung synchron angetriebener
Lochscheibeh bekannt, bei denen durch die Löcher absatzweise. die Steuergitter der
Regelröhren beeinflussende Fotozellen, belichtet werden. -Das Wesen der vorliegenden
Erfindung betrifft eine Einrichtung, wie sie in dem Patent 904 677
vorgeschlagen
worden ist, zur Einstellung der dem Schweißgut -zugeführten, Wärmemenge bei elektrischer
Nahtschweißung unter Anwendung einer Schaltvorrichtung für starke Wechselströme
mit zwei gegensinnig parallel geschalteten Quecksi_lberdampfentladungsgefäßen mit
Zündelektrode, in, welcher eine Verbindungsleitung der Zündelektroden der beiden
Entladungsgefäße in der Führung des Steuerwechselstromes gesteuert wird, dessen
Weg in. Reihe über die Kathoden und die Zündelektroden der Entladungsgefäße, gegebenenfalls
unter Anwendung von den Zündstift-Kathodenstrecken parallel geschalteten Gleichrichtern,
verläuft, und der die Zündung desjenigen Entladungsgefäßes bewirkt, dessen Anode
gerade an einer positiven Spannungswelle liegt, und die Erfindung besteht darin,
daß die Verbindungsleitung der Zündelektroden der beiden. Entladungsgefäße in der
Führung des Steuerwechselstromes für die Zündelektroden der beiden, gegensinnig
parallel geschalteten Entladungsgefäße durch eine synchron zum Schweißwechselstrom
laufende und bezüglich des Einsatzpunktes in der Spannungsphase genau einstellbare
Vorrichtung gesteuert wird.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargqstellt, bei deren Erläuterung sich noch weitere vorteilhaft anwendbare
Einzelmerkmale der Erfindung ergeben werden.
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Fig. i zeigt eine Schaltungsanoridnunig, bei der die Steuerung durch
eine Funkenstrecke bewirkt wird; Fig.2 und 3 zeigen in Ansicht und Teilquerschnitt
die die Funkenstrecke steuernde Scheibe. ]Die Primärwicklung 7 eines' Schweißtransformators,
an, dessen Sekundärwicklung 3 Rollenelektroden 5 für Nahtschweißung angeschlossen
sind, wird über zwei Dreielektrodenröhren, 4 und 6- -aus der Wechselstromquelle
1, 2 gespeist. -Die Röhren sind gegensinnig parallel . geschaltet und - mit (Quecksilberkathoden
8, in diese eintauchende Zündelektroden 9 und Anoden io versehen. Die Zündelektroden
beider Röhren sind - über, - die Primärwicklung i i eines Hilfstransformators, einen
inReihedamitgeschaltetenKondensator 12 ündeinen zweiten, parallel dazu liegenden
Kondensator 13 verbunden. Der Hilfstransformator und der Parallelkondensator i i
sind so, gewählt, daß eine Frequenzabstimmung auf den Speisewechselstrom vorliegt,
so daß sie zunächst einen großen induktiven Widerstand zwischen den Zündelektroden
9 darstellen. Die Sekundärwicklung 14 dieses Transformators ist einerseits an eine
ruhende Elektrodenspitze 15 und andererseits an mit dieser zusammenwirkende bewegliche
Elektrodenspitzen 16 angeschlossen. Diese beweglichen Elektroden bestehen aus in
Löcher 17 einer drehbaren Scheibe 18 wahlweise eingesetzten Stiften. Die Scheibe
ist über ein einstellbares Übersetzungsgetriebe i9 mit einem Synchronmotor 2o verbunden,
der ebenfalls an das Netz 1,:2 angeschlossen ist. Die Erregung 2z- dieses Synchronmoto@rs
erfolgt über einen einstellbaren Widerstand 22 aus einer Gleichstromquell--:?3.
Die in die Löcher 17 eingesteckten Elektroden 16 entsprechen den Halbwellen des
Wechselstromes, in denen Schweißstrom fließen soll, während die offenen Löcher Ausschaltezeiten
des Stromes ergeben. Die feste Elektroden.spitze 15 besteht aus einem funkenfesten
Material, beispielsweise Platin-Iridium. Sie ist an eine Anzapfung der Sekundärwicklung
14 des Hilfstransformators angeschlossen. Das andere Ende der Sekundärwicklung ist
über das Geschwindigkeitswechselgetriebe i9 an Erde gelegt.
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Die Primärseite i i des Hilfstransformators liegt am Netz 1, 2 in
einem Stromkreis, der von, der Leitung i über die Transformatorwicklung 7, die Kathode
8 und die Zündelektrode 9 der Röhre 6 bzw. über einen Gleichrichter 24, den induktiven
Widerstand 11, 13, den Kondensator 12, die Zündelektrode 9 und die Kathode 8 der
Röhre 4 bzw. den diesen zugeordneten Gleichrichter 24 zu dem Netzleiter 2 verläuft.
Da die Impedanz der Primärwicklung und des Parallelkondensators groß ist, liegt
die Netzspannung an der Primärwicklung 1i.
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Während der Umdrehungen der Scheibe 18 laufen deren Elektrodenspitzen
16 nacheinander an der ruhenden Elektrode 15 vorbei, und es wird jedesmal ein Funke
erzeugt, der die Sekundärwicldung_ 14 des Hilfstransformators kurzschließt. In diesen
Augenblicken wird die Impedanz des Transformators und des parallel geschalteten
Kondensators herabgesetzt, und es fließt ein verstärkter Strom in dem Zündkreis,
der von der jeweiligen Polarität dar Netzspannung abhängt. und dementsprechend die
eine oder die andere der Röhren 4, 6 leitend macht. Wenn beispielsweise in den Augenblick
einer' Funkengabe der linke Netzleiter-i positive Spannung aufweist, fließt der
Strom von dort über die Primärwicklung 7 des Schweißtransfo,rmato@rs, die Anode
io, Kathode 8 und Zündelektrode 9 der- rechten Röhre 6 parallel über den Kondensator
13 und die Primärwicklung r i über den Reihenkondensator 12 und die- Zündelektrode
9 und Kathode 8 der linken Röhre 4 nach dem Netzleiter 2. Da in diesem Augenblick
die Anode der linken Röhre 4 positiv - mit Bezug auf
die zugehörige
Kathode 8 ist, wird diese Röhre durch, den, Stromfluß in der Zündelektrode 9 leitend.
Wenn während der nächsten Halbperiode ein Funke an der Elektrode i5 übergeht, hat
der Strömfluß im Zündelektrodenkreis die entgegengesetzte Polarität und das Anoden-Kathoden-Potential
der rechten Röhre 6 ist positiv. Das Schweißgut erhält nunmehr eine Stromgabe umgekehrter
Richtung. Der Stromfluß in den einzelnen Halbwellen entspricht damit den Zündungen
an der Funkenstrecke 15, 16. Je nachdem die einsetzbaren Elektrodenspitzen 16 auf
die Scheibenlöcher 17 verteilt sind, ergeben sich die Stromgaben und Strompausen.
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Um die Zündelektroden 9 der Röhren bei negativem Anoden-Kathoden-Potential
nicht durch Stromfluß umgekehrter Richtung zu beschädigen, sind die bereits erwähnten
Gleichrichter 24 zwischen jeder Kathode und der zugeordneten. Zündelektrode in solchem
Sinne angeordnet, daß der umgekehrte Stromfluß niedergeschlagen. wird.
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Wenn eine der Röhren 4 oder 6 leitend ist, wird der Lichtbogenspannungsabfall
der Primärwicklung i i des Hilfstransformators aufgedrückt. Wenn: beispielsweise
die rechte Röhre 6 leitend ist, wirkt ihre Lichtbogenspannung in einem Kreis, der
sich von ihrer Anode io über die Kathode 8 und, die Zündelektrode 9 der linken Röhre
4, die Reihenkapazität i2, der Primärwicklung i i des Hilfstransformators und die
Zündelektrode 9 der rechten Röhre 6 erstreckt. Die Lichtbogenspannung jeder der
Röhren ist von der umgekehrten Polarität wie die von der anderen Röhre dem HilfstransfoTmator
aufgedrückte Spannung. Da aber die Röhren nicht derart abgeglichen werden können,
daß ihre Lichtbogenspannungen völlig gleich sind, ergibt sich praktisch ein Unterschied
von etwa 5 Volt. Wenn die Primärwicklung I I des Hilfstransformators unmittelbar
in Reihe mit der Zündelektrode geschaltet wäre, würde der Transformator durch diese
Spannungsdifferenz bald gesättigt werden. Jedoch verhindert der in Reihe geschaltete
Kondensator 12 einen. Gleichstromfluß über die Primärwicklung i i und verhütet so.
eine Sättigung des Transformatoreisens.
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Die Röhren 4 und 6 -,verden im wesentlichen zu den Zeitpunkten leitend,
in denen die Sekundärwicklung i i des Hilfstransformators über die Funkenstrecke
15, 16 kurzgeschlossen wird. Dementsprechend bestimmt der Augenblick des Auftretens
der Funken den Einsatzwinkel in den Halbwellen des Wechselstromes. Durch Verschiebung
der Phasenstellung der Funkengabe können die Zeitpunkte der Stromgabe und die davon
abhängige Lieferung von Wärme in dem Schweißgut verändert werden. Diese Einstellung
kann durch Veränderung der Winkelstellung der Scheibe 18 geregelt werden, die durch
entsprechende Einstellung des Widerstand-es 22 im Erregerkreis 2i des Synchronmotors
2o ausgeführt werden kann.
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Fig.4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung. Es sind dabei die Zündelektroden g der Röhren 4 und 6 über eine Stromschlußvorrichtung
25 und eine weitere Schaltvorrichtung 26 miteinander verhunden. Die erstgenannte
Stromschlußvorrichtung kann durch einen Motor angetrieben werden und aus einer in
größeren Zeitabständen. wirksam werdenden Schaltwalze bestehen.. Die zweite Schaltvorrichtung
26 wird durch einen Synchron, motor 27 angetrieben, und ist dazu bestimmt, durch
richtigen Einsatz des Stromes in der Spannungshalbwelle die Wärmeabgabe im Schweißgut
zu regeln. Die Fig: 5 und 6 zeigen im Längs- und Querschnitt ein Beispiel dieser
mit einem Flüssigkeitsstrahl arbeitenden Schaltvorrichtung.
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Ein Gefäß 28 enthält eine Quecksilberfüllung 29. In einer oberen.
Erweiterung dieses Gefäßes ist eine feste, an die Stromschlußvorrichtung 25 angeschlossene
Elektrode 3o durch eine Isolierbüchse 3 i eingeführt. Axial in der Mitte. des Behälters
28 ist eine nach unten offene Kammer 32 an der Welle 33 des Synchronmotors 27 aufgehängt,
die sich in die Quecksilberfüllung 29 erstreckt. Innerhalb dieser Kammer ist eine
Mehrzahl von Flügeln 34 vorgesehen, die bei der Drehung der Kammer das Quecksilber
mitnehmen. Die Kammer 32 besteht zweckmäßig aus. Isoliermaterial und wird von der
Behälterwand durch ein Isolierrohr 35 getrennt, das sich über dem Quecksilberspiegel
nach oben erstreckt und mit Durchtrittsöffnungen 36 für das Quecksilber versehen
ist. Der Durchmesser der Kammer ist derart bemessen, daß das Ende der festen Elektrode
30 in geringem Abstand, ungefähr von 1,5 mm, von der äußeren Kammerwand entfernt
ist. In der waagerechten Ebene der Elektrode 30 befinden sich Löcher 37 in der Kammer
32, die vorzugsweise um 9o°' zueinander versetzt sind. Der Motor 27 läuft synchron
mit einer solchen Geschwindigkeit, daß in jeder Halbperiode der Netzspannung ein
Loch 37 an der Elektrode 30 vorbeiläuft. Die Flügel 34 in der Kammer 32 bestehen
aus leitendem Material und sind mit der Motorwelle 33 über ein Metallkreuz 4o verbunden.
Die Motorwelle 33 ist mit einem Schleifring 38 versehen, dessen Bürste 39 an die
Zündelektrode 9 der linken. Röhre 4 angeschlossen ist, so daß das Quecksilber mit
der Zündelektrode 9 der linken Röhre 4 in. leitender Verbindung steht.
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Wenn die Kammer 32 umläuft, bewegt sich das Quecksilber 29 gleichzeitig
mit und wird durch die Zentrifugalkraft in Strahlenform durch die Löcher 37 ausgestoßen.-
Wenn die Löcher dann, an der Elektrode 30 vorbeilaufen, trifft der Flüssigkeitsstrahl
diese und verbindet sie mit der Zünd, elektrode 9 der linken Röhre 4. Wenn die Schaltvorrichtung
25 geschlossen, ist, werden dadurch die Zündelektroden in Reihe an die Netzleiter
i, 2 angeschlossen. Die Röhren 4 und 6 werden dann in derselben Weise wie bei der
Anordnung nach Fig. i abwechselnd leitend gemacht. Der Zeitpunkt, zu welchem jeweilig
die Zündung eintritt, ist von. der Winkelstellung der Elektrode 30 mit Bezug
auf die, Öffnungen 37 abhängig. Diese Einstellung kann durch Drehung 'des Behälters
28 vorgenommen werden, der zu diesem Zweck an der Außenseite
mit
einem durch ein Zahnrad 4i verd.rehharen Zahnkranz 42 versehen ist.
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Die Anordnung nach Fig.7 ist ähnlich derjenigen in Fig.4. Der Unterschied
besteht darin, daß die ruhende Elektrode 30 nicht waagerecht in das Gehäuse 28 eingeführt,
sondern ein rechtwinklig gebogenes Rohr 43 im Deckel befestigt ist, in das sich
die Elektrode nur in senkrechter Richtung erstreckt. Die aus den Öffnungen 37 austretenden
Quecksilberstrahlen treffen zunächst nur in den. Kanal 44 des waagerechten Schenkels
des Einführungsrohres und bilden augenblicklich einen. kleinen Quecksilberspiegel,
in den die Elektrodenspitze 30 eintaucht, bis das Quecksilber sich wieder
verläuft.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig.8 teils schematisch, teils
im senkrechten. Schnitt. Fig. 9 ist ein zugehöriger Querschnitt.
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Es. wird hierbei die Anzahl der für die Schweißstromstöße ausgenutzten
Stromhalbwellen durch Kugeln 45 bestimmt, so, wie sie für Lager oder auch als Schrot
gebraucht werden. Diese Kugeln werden. durch Zentrifugalkraft bewegt und treffen
auf nachgiebige Kontakte 46 von Schaltvorrichtung 46, 47, wodurch die Zündelektroden
9 der Entladungsröhren 4 und 6 in. derselben. Schaltung wie nach den Fig. i und
4 eingeschaltet werden.
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Die Kugeln 45 sind zunächst in dem waagerechten Arm 48 -eines rechtwinklig
gebogenen Rohres 49 angeordnet. Dieses. Rohr ist auf einem Tisch So befestigt, der
von einem Synchronmotor 27 gedreht wird. Der Motor ist in einem Gehäuse 5 i angeordnet,
das nach unten verjüngt, aber offen ist und am oberen Teil einen nach innen tretenden.
Zylinder 52 aufweist, der sich über den Tisch 5o erstreckt. In der Bahn des Kugelrohres
48 sind Öffnungen 53 in dem Zylinder vorgesehen, die in einem Winkel von 9ö°' zueinander
angeordnet sind, so. daß das Kugelrohr während jeder Halbperiode des. Wechselstromes
an einer Öffnung des Zylinders vorbeiläuft.
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Eine Magnetspule 54 ist zentral auf dem Tisch So angeordnet. Sie wird.
über Kontaktring 55 an der Motorwelle aus dien Netzleitungen über die Stromschlußvorrichtung
25 erregt. Der Ankerkern. 56 der Magnetspule ist verschiebbar auf dem senkrechten
Arm 49 des Kugelrohres gelagert. An seinem unteren Ende ist ein gabelförmiger Doppelhebel
57 angelenkt, der um einen festen Punkt 58 drehbar ist und mit seinem umgebogenen
Ende sich unter der Federkraft 59 gegen das Ausstoßende der Kugelröhre 48 anlegt
und dieses dadurch verschließt, bis die Magnetspule erregt wird. Am oberen Ende
des Ankers 56 ist ein Hahlzylinder6o befestigt, der durch ein an dem Auslaßrohr
62 einer Kugelriickführung 63 verschiebbares. Kugellager 61 geführt wird. Ein Ventilteller
64 schließt die Öffnung in dem Auslaßrohr 62, wenn der Ring mit dem Zylinder 6o
sich unter dein Wirkung der Magnetspule 54 abwärts bewegt.
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Im Betrieb der Anlage setzt der Motor z7 den Tisch 50 und das
Kugelrohr 48, 49 mit seinem Inhalt in Umdrehung. Die Kugeln 45 werden aber j durch
das Verschlußstück 67 in dem Rohr festge.-halten. Wenn der Schweißzeitregler 25
geschlossen ist, wird die Magnetspule 54 erregt und ihr Anker 56. abwärts gezogen.
Der Doppelhebel 57 dreht sich um seinen Drehpunkt 58 und entfernt das Verschlußstück
von der Öffnung des. Kugelrohres. Gleichzeitig wird das Ventil 64 in dem Auslaßrohr
62 geschlossen, so daß keine Kugeln in, das Rohr 48, 49 gelangen können. Durch die
Drehung des Tisches werden jetzt die in dem Rohr aufgespeicherten Kugeln nacheinander
durch die Öffnung 53 ausgestoßen. Sie treffen auf die beweglichen Kontakte 46 und.
schließen damit den Stromkreis. der Zündelektroden 9. Die Röhren 4 und 6 werden
entsprechend nacheinander leitend. Da das Kugelrohr 48, 49 einmal während jeder
Halbperiode eine Öffnung 53 passiert, wird in den gleichen Zeiten je eine Kugel
ausgestoßen und eine der Röhren leitend gemacht. Die Anzahl von Halbperioden, während
deren der Stroinfluß stattfindet, wird durch die Anzahl von Kugeln beistimmt, Die
Kugeln fallen, durch den offenen. Boden 65 des Gehäuses 5 r und werden durch umlaufende
Flügel 66 in die Kugelrückführungen 63 befördert, von wo sie in das Auslaufrohr
62 gelangen. Dort werden sie, zunächst durch das Ventil 64 festgehalten. Nachdem
der Schweißstrom für die bestimmte Anzahl von Halbwellen geliefert worden. ist,
wird die Zeitschaltvorrichtung 25 geöffnet und dadurch der Magnet 54 stromlos und
das Ventil 64 geöffnet. Die in dem Rohrteil 62 aufgespeicherten Kugeln fallen dann
in den waagerechten Arm 48 des Kugelrohres. Da aber dessen Mündung durch die Klappe
67 verschlossen ist, bleiben die Kugeln zunächst liegen, bis eine neue Schweißs.tromfolge
durch den Schluß des Schalters z5 eingeleitet wird.
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Fig. io zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel, das sich von dem nach
Fig. i dadurch unterscheidet, daß an Stelle des Hilfstransformators eine Drosselspule
68 in dem Verbindungskreis der Zündelektroden 9 .der Dreielektrodenröhren 4 und
6 angeordnet ist. Der Eisenkern 69 dieser Spule ist unterbrochen, und in diesen
Luftspalt tritt eine drehbare Scheibe 70 aus nichtmagnetischem Material,
in dessen Umfang Eisenstücke 71 eingesetzt sind. Die Scheibe wird von einem. Synchranmo-to,r
2o angetrieben, der an die Wechselstromquelle i, 2 für den Schweißtransformator
3, 7 angeschlossen, ist. Der Synchronmotor wird durch Änderung seiner Felderregung
durch Verstellung des Widerstandes 22 auf die genaue Winkelstellung der magnetischen,
Teile 71 zu dein Eisenkern 69 der Drosselspule eingeregelt. Je nachdem ein Eisen-
oder ein magnetischer Isolierteil den Luftspalt der -Drosselspule durchläuft, ändert
sich deren Induktanz und damit die gemeinsame Resonanzabstimmung mit dem Parallelkondensator
13. Die Wirkung auf den die Zündelektroden 9 enthaltenden Kreis ist also genau die
zu Fig. i beschriebene.